浅谈机械振动分析在检维修的应用

詹熠

摘 要：对于生产设备大型化、连续化、高速化和自动化的现代工业特点，由于机械设备发生故障而停工造成的损失以及维修费用相比于过去将大幅度增加。国内目前很多企业还仍处在计划维修体制阶段，而国内外的实践表明，对设备实施有效的状态监测和故障诊断是保证生产的重要手段。本文以设备故障诊断技术为基础，基于CSI2140机械振动状态分析仪详细介绍其应用，并结合目前的实施案例重点讲述其实际成果，包括案例分析以及实现的经济效益。

关键词：故障诊断;振动分析仪;案例分析;经济效益

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.005

1 设备检测及维修现状

石化行业由于规模不断扩大，单体设备体积也越来越大，自动化程度越来越高，但是设备的日常维护，大部分工厂的维修仍然实行事后维修或定期维修的方式。事后维修是让机器一直运行到失效，停机周期长，需要更多备品备件，花费大量人力同时甚至产生不必要的维修，维修费用显著增加。定期维修，是指设备运行到一定周期后，无论好坏都进行维修检查，但是容易造成过维修过度，随着科技的进步及设备故障振动技术概念的提出，更多的国家开始实行预测维修以达到经济效益的最大化。

目前石化行业，因为成本原因不能全部上在线监测系统，只能采用人工定时携带红外线测温仪、便携式数字测振仪等设备来检测设备温度是否过高、振动是否过大，使用听针判别运动部件是否有异声的诊断方法，很大程度上凭借着听觉和经验，对设备状态只能从总体上判断其“好”与“坏”，不仅分析不全面、而且无法识别隐藏故障。

因维修人员流动性较大，导致经验丰富的“标准眼”、“标准耳”越来越少，同时面对新员工成长及培训周期长的情况，设备维修工作压力越来越大。

因此对石化工厂来说，有一种既可以让新的维修人员迅速掌握操作技能，又能快速的诊断设备故障的自动智能分析，人机互动画面友好的振动分析仪器在预测维修中显得尤为重要。

振动是反映机器状态最敏感的参数，即使机器状态发生微小的变化也往往能从振动的变化中反映出来。基于设备故障诊断技术为基础的振动分析可在设备运行中或基本不拆卸全部设备的情况下，在机器故障形成和发展过程的初期就能检测出故障，判定产生故障的部位和原因，并预测预报设备的未来状态，它不仅可以减少意外停机，且仅在需要时才购买和使用所需配件，只需在适当时候进行维修，大大节约了维修成本。

2 机械振动状态分析仪的应用范围

2.1 可诊断的常见故障

机械设备通常会遇到如下一些由于设备本身的安装或工艺等导致的故障，而美国爱默生公司生产的CSI2140机械振动状态分析仪能够快速诊断出这些故障，并判断其严重程度：

（1）由于转子零件的质心偏移造成的不平衡。

（2）不对中：转子与转子的联接不对中及转子轴颈与两端轴承的不对中。

（3）机械松动，包括地脚螺栓松动及零件之间的配合间隙超差引起的松动。

（4）干摩擦：转子与定子之间由于缺乏润滑介质形成的摩擦。

（5）离心式机械液力（气力）振动激起某些零部件或管道的振动。

（6）共振：机器的转速等于设备或某个零部件的固有频率时，便出现共振。

（7）皮带磨损。

（8）电动机振动：包括机械常见故障及电气故障。

2.2 实施步骤

使用振动分析仪对机器设备实施振动诊断，一般实施步骤如下：

（1）选择测点：测点位置要尽量靠近轴承承载区，一般每个测点测量3个方位：水平（H）、垂直（V）、轴向（A）。测点编号如图1。

（2）确定测量参数。为不同的分析频宽选择合适的幅值单位：低频振动（<10Hz）采用位移;中频振动（10-2000Hz）采用速度;高频振动（>2000Hz）采用加速度。

对于大多数设备来说，最佳诊断参数是振动速度，因为它是反映振动强度的理想参数。国际上很多振动诊断标准都是采用速度有效值RMS来作为判别参数。

（3）选择与安装传感器。对于滚动轴承设备，常用加速度傳感器;对于滑动轴承设备，常用位移传感器;离线采集振动数据时加速度传感器是最常用的。

（4）进行振动测量与信号分析。根据测量所得数据和信号分析，判断设备是否正常，若存在异常现象，根据波形观察、频率分析等判断故障原因、部位和严重程度。

（5）作出诊断决策。或继续运行，或停机修理。需修理的设备，应当指出修理的具体内容，包括处理的故障部位、所需更换的零部件等。

（6）检查验证。设备进行调整或修理之后需跟踪监测，继续使用振动分析仪采集振动数据进行检查确认设备运行状况，验证设备故障是否得到解决。

（7）数据储存。因为存储在分析仪里的数据只能维持有限时间，因此将数据上传至电脑AMS系统可永久保存数据，方便数据的读取且可对设备进行趋势化分析及管理。

3 振动分析仪在实际生产中的应用

3.1 案例一、石化三部1#生产加压泵振动分析

（1）设备概况。2015年4月13日，巡检人员发现石化三部1#生产加压泵振动值异常，均超过标准值4.5mm/s，为确定故障原因，对该泵进行振动状态分析。

该泵设备型号：KQSN200-M9/223（T）;额定流量：260m?/s;转速：2960r/min;工作介质：清水;轴承：滚动轴承SKF6308;弹性柱销联轴器。

（2）检测数据及分析。利用美国爱默生公司生产的CSI2140机械振动状态分析仪对该泵进行数据采集，采用加速度传感器分别测量电机和泵的两个轴承座外壳的水平（H）、垂直（V）、轴向（A）的振动量，共12个测点。测得数值如（表1）：

由以上数据分析如下：

1）Peakvue值：M1P、M2P、P1P、P2P值都较低，最高为0.30 Gs，远低于标准值3Gs，故基本可以排除轴承本身故障;

2）如图P1H频谱中，明显偏高的有1倍频和2倍频，幅值分别为7.66mm/s、7.94mm/s，都高于允许值4.5mm/s。2倍转频振动突出，根据频率特征判断存在对中不良状况。

（3）检查原因：

1）根据以上分析，对该泵停机检查发现弹性柱销联轴器，弹性圈磨损严重。

2）轴对中有径向偏差达到0.6mm，超过标准要求的0.05mm，电机低，下张口。

（4）处理过程：

1）更换弹性柱销联轴器的弹性圈;电机前脚加垫铜片1.5mm，后脚加垫1.3mm。

2）重新进行轴对中，使对中数据达到圆周0.05mm，径向0.03mm，满足标准要求的≦0.05mm。

4月15日重新启动该泵，经CSI2140振动分析仪进行测试结果如（表2）：

表中，无论是各项振动值还是PeakVue值，都达到了标准值以内，说明设备运行良好，至此，检修完成。

（5）小结。实际拆检结果显示由于对中不良造成振动异常，与根据频谱分析判断振动值偏大的原因完全一致，有针对性检修，避免了盲目拆泵进行轴承的检查或更换操作，节省了人力物力，检修后故障消除，设备运行平稳。

3.2 案例二、石化五部3030A离心泵振动分析

（1）设备概况。2015年4月9日，巡检人员发现石化五部3030A泵有异响，但经便携式测振仪检测，振动值均未超过标准值4.5mm/s。

该泵设备额定功率：1.5kW;额定流量：3.32m?/s;转速：2930r/min;工作介质：水和丁醇;弹性柱销联轴器。

（2）检测数据及分析。利用CSI2140机械振动状态分析仪对该泵进行数据采集，采用加速度传感器分别测量电机和泵的两个轴承座外壳的水平（H）、垂直（V）、轴向（A）的振动量，测得问题较为突出的数值如（表3）：

由表可得，PeakVue值中，電机两端的PeakVue值远超标准值3Gs，判断轴承存在故障，如图3所示。

（3）检查及处理。检查：停机拆检电机，发现电机驱动端轴承跑外圈。

处理：进行电机驱动端轴承更换。

（4）处理结果。检修完重新启动该泵，经CSI2140振动分析仪进行测试结果如（表4）：

经检修后，各项振动值及PeakVue值，都达到了标准值以内，设备运行平稳。

（5）小结。实际拆检结果与使用振动分析仪诊断故障原因一致，验证了造成振动波形图PeakVue值的偏大的原因是轴承故障所致，即电机驱动端轴承跑外圈所致，同时传动至电机非驱动端。

4 经济效益

总结以上的两个案例分析，设备管理人员使用振动分析仪能够在不停机的前提下，快速和精确速地诊断出设备故障的根源，进行针对性的维修。

避免了全面拆检式的盲目查找原因、避免了不必要的零件拆卸损伤，实现了零部件寿命的充分利用，节约了备件费用;同时减轻设备管理人员和维修人员的工作量，并有效地防止突发事故，保证了设备的安全运行，达到了降本增效的目的。

因此，机械振动分析仪的应用在石化企业生产中具有较高的经济效益和社会效益，值得广泛推广。

参考文献：

[1]陈长征，胡立新等.设备振动分析与故障诊断技术[M].科学出版社，2007.

[2]杨国安.机械设备故障诊断实用技术[M].中国石化出版社，2007.

[3]易良渠.简易振动诊断现场实用技术[M].机械工业出版社，2003

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